PCB布局的重要性
作者 : 未知

  【摘 要】 PCB布局对印制板的生产效率和成本有相当重要的影响,是衡量印制板可制造性的关键指标;该文基于作者多年的电焊机PCB设计经验,论述了PCB布局在印制板布线、以至印制板可制造性和可维修方面的关键作用。
  【关键词】 PCB布局 布线 可制造性 可维修性
  随着电焊机行业竞争的不断加剧,原有产品的升级及新产品的投放速度对企业的生存及发展壮大,都起到关键性作用。作为电焊机产品的重要部件之一的印制板,在设计过程中一旦考虑不周将导致后续布线、可制造性和可维修的效率降低;如果再进行设计更改,势必导致生产成本增加和产品研发周期增长,甚至导致产品商业竞争的失败。所以PCB的设计不可小觑,其布局也应该引起项目组相关负责人员的高度重视。
  PCB布局是按照电气性能的要求和元器件的外形几何尺寸,将元器件的位置均匀整齐的布置在布线区内。合理的布局不但能满足焊机的电气性能方面的要求,更能提高生产效率、易于维修;本文分别对这几个方面进行了说明。
  1 PCB布局对布线的重要影响
  (1)PCB布局决定了印制板布线的布通率,尤其单面板,布局合理可以达到100%的布通率,从而减少跳线,避免引入分布参数;(2)PCB布局决定了电源线和地线的布设结构,布局中应考虑布线回路面积最小,尤其布设IC器件电路时,应将去耦电容放置于靠近电源和地的引脚,这样可以在布线时,使整个IC器件的电源地回路面积最小,降低辐射耦合和高频噪声;(3)元件布局时,相互连接的元器件应相对集中排列,这样布线时可以提高布线密度,从而使印刷铜线最短,阻抗降低,整个印制板的抗噪声能力提高;(4)在高速电路的布局如晶振,应尽量靠近元件的管脚处,特别是高频元件间的布局要近,这样才能做到布线时线路最短,从而减少连线相互间的电磁干扰;(5)元件布局时应分布均匀,这样布线时导电层的导电面积就相对均衡,防止印制板因散热不均而翘曲;(6)当同时有模拟电路和数字电路时,要合理布局模拟电路部分和数字电路部分;对于噪声产生严重的部分(如继电器线圈,大电流、高压的开关),尽量优化调整它们的位置,使布线时相互间的信号耦合最小,减少电磁干扰。
  总之,PCB布局对布线有很重要的影响,元件整齐、线路均匀、能更好的抑制和减少电子干扰并提高自身抗干扰能力的印制板靠各种元件的合理布局以及合理的布线决定。
  2 PCB布局对可制造性的重要影响
  PCB布局对可制造性的重要影响主要体现在对下游产品即印制板的组装和安装上。这种影响有的比较具体,可以到每个元件的放置要求;有的却比较笼统,与设计者的设计理念息息相关。
  (1)布局中,充分考虑所选元器件的特性和基本立体尺寸,保证元件安装或组装印制板时顺利进行;(2)布局中,元器件按照相同方向和极性布局排列,这样,下游的生产部门可以提高放件速度和审核速度,从而大大提高生产效率;(3)布局中,元器件的标识符号应保证清晰无误,它们能起到很好的指导生产的作用;(4)布局中,考虑印制板的工艺边,利于贴机或波峰焊机器的自动传送,从而提高生产效率;(5)布局中,如果有贴片元件还应考虑光学定位点的设置和位置安排,方便生产。(6)布局中,考虑无源元件长轴方向与印制板行进方向垂直,双列封装元件轴向与印制板行进方向平行,保证元件两端的管脚能同时浸焊,从而防止元件焊接中出现浮高现象,降低生产效率。
  针对SMT布局,不同的设计者理念不同。但每个细节都需要考虑的非常周全,否则会给下游的生产带来麻烦。作者曾遇到的一个如下的案例:电焊机的350低型机设计显示板时,由于受前面板大小的限制,只能将贴片元件两面布局;加工印制板时进行阴阳拼板,这样制作一个钢网板,就能贴所有的贴片元件,效率得到提高;但是,在二次贴片过程中,再次经过回流炉时,已经焊接好的一面的体积较大的电解电容却容易脱落掉,最后不得不用手工补件,造成了元件的损坏和生产效率的降低;后来批量时,不得不进行设计更改:用通孔插装电解电容来代替贴片电解电容。所以,一个细节考虑不周就可能导致产品的研发周期变长。
  总之,PCB布局对可制造性也有很重要的影响。如果产品的可制造性不好,将会影响产品的生产效率,甚至会导致所设计的产品无法制造出来,或即使制造出来产品质量也不易保证。因而,优秀的设计者应联系实际的生产状况、考虑每个细节,才能在布局时充分考虑产品的可制造性,这是设计成功的关键。
  3 PCB布局对可维修的重要影响
  PCB布局对可维修的影响主要体现在测试点的可测试性和易损件的拆卸上。大家知道,印制板部件的维修是一个艰难、复杂的过程;如果测试点、易损件布局合理,可以大大提高维修效率。
  (1)测试点布局不应放置于元器件的焊盘上。因为测试点放置于元器件焊盘上,会使部分隐患难以发现;比如,测试点的“故障遮蔽效应”。就是测试点布局时使用了元器件焊盘,而此处焊盘因为某种原因虚焊。当用探针按压此测试点时,会因为外力将虚焊现象隐蔽掉,达到正常的电路要求;但当不在测试状态时,虚焊现象又会出现,导致整个印制板部件工作不正常;如此反复下去大大降低了维修人员的工作效率;(2)测试点布局应远离体积较大的元器件、发热元器件和高压元件。只有这样,测试人员测量测试点时才能比较容易、比较安全;(3)测试点布局不应放置在印制板的工艺边内,防止在行进的轨道中,把测试点夹坏;(4)测试点的焊盘上不应放置阻焊剂和其它字符,以免影响可测试性;(5)测试点之间的间距不应太小,最好在2.5mm以上;但相互关联的两个测试点,也不应间距太远,方便查找和测试;(6)布局中充分考虑易损件的位置,比如远离大体积元器件,方便拆卸。
  总之,PCB布局对可维修也有重要的影响。如果测试点和易损件布局合理会使维修工作更加高效和快捷。
  4 结语
  以上是PCB布局对印制板的重要影响,它在一定程度上决定了印制板的制造、安装和维修的难易程度。在电子产品的设计趋于高密度的今天,每个电子产品的设计团队都应该更多的重视PCB的布局,这样才能让自己的产品拥有更稳定的性能以及更高效的生产率,从而更迅速的占领市场商机。
  参考文献:
  [1]姜培安.印制电路板的可靠性和可制造性设计(内部培训教材) 航天科技集团九院.

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